2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第八章磁場(chǎng)課時(shí)1磁場(chǎng)及其描述安培力課時(shí)訓(xùn)練含解析新人教版

PAGE10-課時(shí)1磁場(chǎng)及其描述安培力1.中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在公元1086年寫的《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了“方家(術(shù)士)以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也”。進(jìn)一步探討表明,地球四周地磁場(chǎng)的磁感線分布如圖所示,結(jié)合上述材料,下列說法正確的是(B)A.在地磁場(chǎng)的作用下小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫北極,指北的磁極叫南極B.對(duì)垂直射向地球表面宇宙射線中的高能帶電粒子,在南、北極所受阻擋作用最弱,赤道旁邊最強(qiáng)C.形成地磁場(chǎng)的緣由可能是帶正電的地球自轉(zhuǎn)引起的D.由于地磁場(chǎng)的影響,在奧斯特發(fā)覺電流磁效應(yīng)的試驗(yàn)中,通電導(dǎo)線應(yīng)相對(duì)水平地面豎直放置解析:地球內(nèi)部存在磁場(chǎng),地磁南極在地理北極旁邊,所以在地磁場(chǎng)的作用下小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫南極,指北的磁極叫北極,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在地球的南北極,地磁場(chǎng)的方向幾乎與地面垂直,對(duì)垂直射向地球表面的高能帶電粒子,在南、北極所受阻擋作用最弱,赤道旁邊的磁場(chǎng)方向與地面平行,則高能粒子所受的磁場(chǎng)力最大,選項(xiàng)B正確;地球自轉(zhuǎn)方向自西向東,地球的南極是地磁場(chǎng)的北極,由安培定則可知地球帶負(fù)電,故C錯(cuò)誤;在奧斯特發(fā)覺電流磁效應(yīng)的試驗(yàn)中,通電導(dǎo)線沿水平方向南北放置時(shí)電流磁場(chǎng)與地磁場(chǎng)垂直,則試驗(yàn)現(xiàn)象最明顯,且易操作,故D錯(cuò)誤。2.(2024·浙江1月學(xué)考)如圖所示是“探究影響通電導(dǎo)線受力的因素”試驗(yàn)的部分裝置,導(dǎo)體棒處于磁場(chǎng)中,設(shè)三塊磁鐵可視為相同,忽視導(dǎo)體棒的電阻,下列操作能使導(dǎo)體棒通電瞬間所受安培力變?yōu)樵瓉矶种坏氖?B)A.僅移去一塊蹄形磁鐵B.僅使棒中的電流減小為原來的二分之一C.僅使導(dǎo)體棒接入端由②、③改為①、④D.僅使導(dǎo)體棒接入端由①、④改為②、③3.(2024·浙江4月選考)處于磁場(chǎng)B中的矩形金屬線框可繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)線框中通以電流I時(shí),如圖所示,此時(shí)線框左右兩邊受安培力F的方向正確的是(D)解析:依據(jù)左手定則可知D正確。4.在一空間有方向相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示,向外的磁場(chǎng)分布在一半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi),向內(nèi)的磁場(chǎng)分布在除圓形區(qū)域外的整個(gè)區(qū)域,該平面內(nèi)有一半徑為b(b>2a)的圓形線圈,線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,線圈與半徑為a的圓形區(qū)域是同心圓。從某時(shí)刻起磁感應(yīng)強(qiáng)度起先減小到B2A.12πB(b2-a2) B.πB(b2-2a2C.πB(b2-a2) D.12πB(b2-2a2解析:若取垂直紙面對(duì)內(nèi)的方向?yàn)檎较?初態(tài)線圈磁通量Φ1=πB(b2-a2)-πBa2,末態(tài)線圈磁通量Φ2=12πB(b2-a2)-12πBa2,因而磁通量的變更量為ΔΦ=|Φ2-Φ1|=12πB(b25.如圖所示為兩根相互平行的通電直導(dǎo)線a,b的橫截面圖,a,b中的電流方向在圖中標(biāo)出,那么導(dǎo)線a中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線環(huán)繞方向及導(dǎo)線b所受的磁場(chǎng)力的方向應(yīng)分別是(A)A.磁感線順時(shí)針方向,磁場(chǎng)力向右B.磁感線順時(shí)針方向,磁場(chǎng)力向左C.磁感線逆時(shí)針方向,磁場(chǎng)力向右D.磁感線逆時(shí)針方向,磁場(chǎng)力向左解析:由安培定則得磁感線為順時(shí)針方向,又由異向電流相斥得,導(dǎo)線b所受的磁場(chǎng)力向右。6.老師在課堂上做了一個(gè)演示試驗(yàn):裝置如圖所示,在容器的中心放一個(gè)圓柱形電極B,沿容器邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極A,把A和B分別與電源的兩極相連,然后在容器內(nèi)放入液體,將該容器放在磁場(chǎng)中,液體就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來。王同學(xué)回去后重復(fù)老師的試驗(yàn)步驟,但液體并沒有旋轉(zhuǎn)起來,造成這種現(xiàn)象的緣由可能是該同學(xué)在試驗(yàn)過程中(D)A.將磁鐵的磁極倒置了B.將直流電源的正負(fù)極接反了C.運(yùn)用的液體為能導(dǎo)電的飽和食鹽溶液D.運(yùn)用的電源為50Hz的低壓溝通電源解析:不管磁極倒置、電源正負(fù)極接反,或者為飽和食鹽溶液,在溶液中均會(huì)形成電流,并受安培力的作用使液體旋轉(zhuǎn);若運(yùn)用的電源為50Hz的低壓溝通電源,電流方向變更過快,安培力方向不斷變更,導(dǎo)致液體不旋轉(zhuǎn)。故選D。7.如圖所示的天平可用來測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈,寬為l,共N匝,線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面,當(dāng)線圈通有電流I(方向如圖)時(shí),在天平左右兩邊加上質(zhì)量各為m1,m2的砝碼,天平平衡。當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí),右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后,天平重新平衡。則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向?yàn)?B)A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面對(duì)里,大小為(B.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面對(duì)里,大小為mgC.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面對(duì)外,大小為(D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面對(duì)外,大小為mg解析:電流反向時(shí),右邊需加砝碼,表明原安培力方向向下,依據(jù)左手定則可判知磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面對(duì)里;又由于線圈本身有重量,所以m1g與m2g之差不等于安培力;當(dāng)電流反向時(shí),右側(cè)框所受安培力變更了2NBIl,依據(jù)平衡條件得2NBIl=mg,所以B=8.三根平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線,分別垂直地通過一個(gè)等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),三導(dǎo)線中電流方向相同,A,B兩導(dǎo)線中的電流大小相同,如圖所示,已知導(dǎo)線A在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)線C在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B,則O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向?yàn)?D)A.大小為B,方向沿OA方向B.大小為22B,方向豎直向下C.大小為2B,方向沿OB方向D.大小為2B,方向沿OA方向解析:由安培定則知導(dǎo)線A,B在O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反,相互抵消,所以O(shè)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度即為導(dǎo)線C所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度,即大小為2B,由安培定則可判定其方向沿OA方向,A,B,C錯(cuò)誤,D正確。9.如圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)示意圖,蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)勻稱輻向分布,如圖乙所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈中通以電流I,線圈中的a導(dǎo)線電流方向垂直紙面對(duì)外,b導(dǎo)線電流方向垂直紙面對(duì)里,a,b兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,則(D)A.該磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B.該線圈的磁通量為BL2C.a導(dǎo)線受到的安培力方向向下D.b導(dǎo)線受到的安培力大小為BIL解析:該磁場(chǎng)明顯不是勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線應(yīng)當(dāng)是一系列平行的磁感線,方向相同,故A錯(cuò)誤;由題意知磁場(chǎng)是輻向分布,線圈的磁通量肯定不等于BL2,故B錯(cuò)誤;a導(dǎo)線電流向外,磁場(chǎng)向右,依據(jù)左手定則推斷知,安培力向上,故C錯(cuò)誤;導(dǎo)線b始終與磁感線垂直,故受到的安培力大小始終為BIL,故D正確。10.(多選)如圖1所示,兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置,間距為L(zhǎng),其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,垂直于導(dǎo)軌水平對(duì)稱放置一根勻稱金屬棒。從t=0時(shí)刻起,棒上有如圖2所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Im,圖1中I所示方向?yàn)殡娏髡较?。則金屬棒(ABC)A.始終向右移動(dòng)B.速度隨時(shí)間周期性變更C.受到的安培力隨時(shí)間周期性變更D.受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功解析:在0～T2,導(dǎo)體棒受到向右的安培力,大小恒為BImL,向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng);在T2～T,導(dǎo)體棒受到安培力向左,大小仍為BI實(shí)力提升11.(多選)如圖所示,無限長(zhǎng)水平直導(dǎo)線中通有向右的恒定電流I,導(dǎo)線正下方固定一正方形線框。線框中通有順時(shí)針方向的恒定電流I,線框邊長(zhǎng)為L(zhǎng),線框上邊與直導(dǎo)線平行,且到直導(dǎo)線的距離也為L(zhǎng),已知在長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)中距離長(zhǎng)直導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=kIrA.0 B.kIC.kI2解析:線框上邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1=kIL,由安培定則可推斷出磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪奔埫鎸?duì)里,所受安培力的大小為F1=B1IL=kI2,由左手定則可推斷出安培力方向向上;線框下邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=kI2L,所受安培力的大小為F2=B2IL=12kI2,由左手定則可推斷出安培力方向向下;若F1=F2+mg,則加速度為零,選項(xiàng)A正確;若F1>(F2+mg),則加速度方向向上,由F1-(F2+mg)=ma,解得a=kI22m-g,選項(xiàng)C正確,B錯(cuò)誤;若F1<F12.已知無限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線四周某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的表達(dá)式:B=μ0I2πr0,其中r0是該點(diǎn)到通電直導(dǎo)線的距離,I為電流強(qiáng)度,μA.r02C.μ0R解析:依據(jù)B=μ0I2πr0,μ13.某電子天平原理如圖所示,E形磁鐵的兩側(cè)為N極,中心為S極,兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,磁極寬度均為L(zhǎng),忽視邊緣效應(yīng)。一正方形線圈套于中心磁極,其骨架與秤盤連為一體,線圈兩端C,D與外電路連接。當(dāng)質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時(shí),彈簧被壓縮,秤盤和線圈一起向下運(yùn)動(dòng)(骨架與磁極不接觸)隨后外電路對(duì)線圈供電,秤盤和線圈復(fù)原到未放重物時(shí)的位置并靜止,由此時(shí)對(duì)應(yīng)的供電電流I可確定重物的質(zhì)量。已知線圈匝數(shù)為n,線圈電阻為R,重力加速度為g。問:(1)線圈向下運(yùn)動(dòng)的過程中,線圈中感應(yīng)電流是從C端還是從D端流出?(2)供電電流I是從C端還是從D端流入?求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系。(3)若線圈消耗的最大功率為P,該電子天平能稱量的最大質(zhì)量是多少?解析:(1)感應(yīng)電流從C端流出。(2)外加電流從D端流入。設(shè)線圈受到的安培力為FA,由FA=mg和FA=2nBIL得m=2nBL(3)設(shè)稱量最大質(zhì)量為m0,由m=2nBLgI和P=I2R得m0=答案:(1)C端(2)D端m=2nBLg[老師備用1]如圖所示為一電流表的原理示意圖。質(zhì)量為m的均質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點(diǎn)處通過一掛鉤與一豎直懸掛的絕緣彈簧相連,絕緣彈簧勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面對(duì)外。與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù),MN的長(zhǎng)度大于ab。當(dāng)MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時(shí),MN與矩形區(qū)域的cd邊重合,當(dāng)MN中有電流通過時(shí),指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度。(1)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí),彈簧伸長(zhǎng)多少?(重力加速度為g)(2)若要電流表正常工作,MN的哪一端應(yīng)與電源正極相接?(3)若k=2.0N/m,ab=0.20m,cb=0.050m,B=0.20T,此電流表的量程是多少?(不計(jì)通電時(shí)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用)(4)若其他條件不變,只變更磁感應(yīng)強(qiáng)度,將量程擴(kuò)大2倍,磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)變?yōu)槎啻?解析:(1)設(shè)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量為Δx,則有mg=kΔx,解得Δx=mgk(2)為使電流表正常工作,作用于通有電流的金屬棒MN的安培力必需向下,因此M端應(yīng)接正極。(3)設(shè)電流表滿偏時(shí)通過MN的電流強(qiáng)度為Im,則有BImab+mg=k(cb+Δx),聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得Im=2.5A。(4)設(shè)量程擴(kuò)大后,磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)锽′,則有2B′Imab+mg=k(cb+Δx),解得B′=kcb2代入數(shù)據(jù)得B′=0.10T。答案:(1)mgk(2)M端(3)2.5A[老師備用2]如圖所示,一矩形輕質(zhì)松軟反射膜可繞過O點(diǎn)垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng),其在紙面上的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,垂直紙面的寬度為L(zhǎng)2。在膜的下端(圖中A處)掛有一平行于轉(zhuǎn)軸,質(zhì)量為m,長(zhǎng)為L(zhǎng)3的導(dǎo)體棒使膜繃成平面。在膜下方水平放置一足夠大的太陽能光電池板,能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的全部光能,并將光能轉(zhuǎn)化成電能。光電池板可等效為一個(gè)電池,輸出電壓恒定為U,輸出電流正比于光電池板接收到的光能(設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定)。導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,并與光電池構(gòu)成回路,流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面對(duì)外(注:光電池與導(dǎo)體棒干脆相連,連接導(dǎo)線未畫出)。(1)現(xiàn)有一束平行光水平入射,當(dāng)反射膜與豎直方向成θ=60°時(shí),導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài),求此時(shí)電流強(qiáng)度的大小和光電池的輸出功率。(2)當(dāng)θ變成45°時(shí),通過調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡,光電池除維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡外,還能輸出多少額外電功率?解析:(1)導(dǎo)體棒受力如圖,則有mgtanθ=BIL2,則I=3mg光電池輸出功率(即光電池板接收到的光能對(duì)應(yīng)的功率)為P=UI=3mgU(2)維持導(dǎo)體棒平衡須要的電流為I′=mgtan45因?yàn)镮′=mgtan45°BL2<I,而當(dāng)θ變?yōu)?5°時(shí)間電池板